(57)【要約】【課題】  電界放出型陰極を用いた陰極線管装置において、陰極から放出された電子が陰極構体に射突するのを防止して、全ビーム電流域において解像度を向上する。【解決手段】  電子銃４５は、電子ビームを放出する陰極と、放出された電子ビームを集束するための複数の電極とを備える。陰極は、複数の電子放出電極と、これらをそれぞれ取り囲む複数の開口が形成されたゲート電極とを備える電界放出型陰極である。陰極線管装置は、ビーム電流にかかわらず電子ビームが陰極へ射突するのを防止する手段を更に備えている。【選択図】  図１
2007122909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを放出する陰極と、放出された前記電子ビームを集束するための複数の電極とを備えた電子銃を有する陰極線管装置であって、
前記陰極が、複数の電子放出電極と、前記複数の電子放出電極をそれぞれ取り囲む複数の開口が形成されたゲート電極とからなる電界放出型陰極であり、
前記陰極線管装置は、ビーム電流にかかわらず前記電子ビームが前記陰極へ射突するのを防止する手段を更に有することを特徴とする陰極線管装置。
【請求項２】
前記手段は、前記陰極に隣り合う電極に、ビーム電流の増大に伴い増大する電圧を印加する駆動回路装置を含む請求項１に記載の陰極線管装置。
【請求項３】
前記手段は、前記陰極に隣り合う電極に更に隣り合う電極に、ビーム電流の増大に伴い増大する電圧を印加する駆動回路装置を含む請求項１に記載の陰極線管装置。
【請求項４】
前記手段は、前記ゲート電極を取り囲む周辺集束電極と、前記周辺集束電極に、ビーム電流の増大に伴い増大する電圧を印加する駆動回路装置とを含む請求項１に記載の陰極線管装置。
【請求項５】
前記電子銃が、前記陰極から放出された電子ビームを集束するための電界レンズを形成する第一電極と、前記ゲート電極と前記第一電極との間に、これらと互いに隣り合わせて設けられたトラップ電極とを更に備え、
前記トラップ電極の電子ビーム通過孔の径は、１つの前記電子放出電極と１つの前記開口とからなる対が複数配置された領域であるエミッタ領域の径よりも大きく、且つ、前記第一電極の電子ビーム通過孔の径より小さく、
前記手段は、前記トラップ電極と、前記トラップ電極に、前記第一電極より高い電圧を印加する駆動回路装置とを含む請求項１に記載の陰極線管装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界放出型陰極を用いた陰極線管装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
陰極線管は、ファンネルとパネルとからなる密封されたガラス外囲器と、ファンネルの細長いネック部内に配置された電子銃とを備える。電子銃から放出された電子ビームはファンネルの外周面上に搭載された偏向装置により偏向され、パネルの内面に形成された蛍光面に射突し、これを励起発光させて、所望の画像表示を行う。
【０００３】
このような陰極線管に搭載される電子銃として、電界放出型陰極を備えた電子銃が特許文献１に開示されている。特許文献１に記載された電界放出型陰極を備えた電子銃を図１６を用いて説明する。
【０００４】
電子銃は、陰極構体５０と電界レンズを形成する電極群とを備える。陰極構体５０は、シリコン（Ｓｉ）等の導電材料からなる基板５４と、基板５４上に設けられた絶縁膜５５と、絶縁膜５５上に設けられたゲート電極５２とを備える。ゲート電極５２には多数のゲート孔５３が形成され、各ゲート孔５３に対応する基板５４上の位置に円錐状のカソード電極５１が配置されている。電極群は、カソード電極５１側から、ＥＣ１電極５７、ＥＣ３電極５８、Ｅｂ電極５９をこの順に備える。ＥＣ１電極５７とＥＣ３電極５８とは、電界レンズのプリフォーカスレンズを形成し、ＥＣ３電極５８とＥｂ電極５９とは電子レンズのメインレンズを形成する。ＥＣ１電極５７には、直径０．１ｍｍ〜２ｍｍの１つのピンホールが形成されている。
【０００５】
Ｅｂ電極５９は、蛍光面（不図示）及び蛍光面の直前に対向して配置されるシャドウマスク（不図示）と同電位である。Ｅｂ電極５９には２４０００Ｖ、ＥＣ３電極５８には６０００Ｖ、ＥＣ１電極５７には２００Ｖ、ゲート電極５２には１１０Ｖの直流電圧がそれぞれ印加される。カソード電極５１にはパルス電圧が印加される。パルス電圧の振幅は、最小値が２０Ｖであり、最大値は７０Ｖである。
【０００６】
カソード電極５１から放出される電子５６の放出量は、カソード電極５１とゲート電極５２との間の電位差で決まり、その関係式はファウラー・ノルドハイム（Ｆｏｗｌｅｒ−Ｎｏｒｄｈｅｉｍ）の式で与えられる。前記電位差が小さく電子がカソード電極５１から放出されなくなるしきい電圧をカットオフ電圧と呼び、この電子銃では４０Ｖである。カソード電極５１の電位が２０Ｖであるとき、カソード電極５１とゲート電極５２との電位差は９０Ｖとなり約５００μＡの電子が放出される。
【０００７】
電界放出された電子５６は、カソード電極５１の表面近傍では広がり角が半角で約３０°程度の分布を有した加速電子として振舞う。このため、電子レンズに入射した電子５６のうち、入射角度が電子レンズの中心軸よりもそれた電子は電子レンズを構成する電極（ＥＣ１電極５７、ＥＣ３電極５８、Ｅｂ電極５９）に衝突してしまう。
【０００８】
特許文献１では、電子の電極への衝突を抑制するひとつの方法として、電子レンズの電極構造を最適化し、かつ、所定の電極（ＥＣ１電極５７、ＥＣ３電極５８）のいずれか１つにゲート電極５２より低電位を印加することを開示している。
【０００９】
これにより、低電位が印加された電極が電界放射された電子５６を反発するので、電子５６が低電位が印加された電極に飛び込むことを抑制することができるとされている。
【特許文献１】特開平１０−１０６４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記の従来の陰極線管において、蛍光面上に形成される２次元画像の明るさ（輝度）を変調するためには、陰極から放出され、蛍光面に射突する電子量（ビーム電流）をカソード電極５１とゲート電極５２との間の電位差で制御する。ビーム電流が増加するにともなって、陰極の前方近傍の電子密度が高まり、電子自身の持つ負電荷によって空間の電位は低下する。このような陰極前方の空間電位が低下した領域に、電子はカソード電極５１とゲート電極５２との間の電位差で与えられた速度で突入する。突入した電子のうち、空間電位が低下した領域を突破した電子のみが蛍光面を射突することができ、該領域を突破できない電子は陰極方向に跳ね返され、場合によっては陰極構体５０の高電位部位に射突する。このように、陰極前方の空間電位が低下した領域は、陰極から放出された電子５６にとって電界障壁として作用する。
【００１１】
電界障壁を通過できない電子が陰極構体５０の高電位部位、すなわちゲート電極５２に射突すると、射突部においてゲート電極５２が破壊したり、射突部からのガス放出による真空度の局所的劣化により陰極構体５０が破壊したりするなどの問題が生じる。
【００１２】
上述の電界障壁は電子ビーム自身の電荷により生じるから、電界障壁の高さはビーム電流に依存し、ビーム電流が大きくなるほど電界障壁は高くなり、従って、陰極構体５０の高電位部位への電子の射突頻度も増大する。
【００１３】
一般に、電子銃の電極群の形状及び電位は、陰極線管で使用される全ビーム電流域で所望のビームスポット性能が得られるように設計される。ところが、上述の現象を回避するために大ビーム電流時において所望のビームスポット性能が得られるように電極群を最適設計すると、相対的に小ビーム電流時にビームスポット性能が劣化する。逆に、小ビーム電流時において所望のビームスポット性能が得られるように電極群を最適設計すると、大ビーム電流時に上述の陰極構体５０への電子射突の問題が生じる。すなわち、使用する全ビーム電流域で所望のスポット性能を得ることが困難である。
【００１４】
この問題は、ビーム電流をゲート電極５２に印加する電圧で制御する場合に顕著となる。すなわち、ビーム電流を大きくするためにゲート電極５２に印加する電圧を高くすると、ゲート電極５２とＥＣ１電極５７との間の電界（電子ビームの進行方向に対して正の電界）が弱められ、かつ、電子ビーム自身の電荷による電界障壁が高くなるからである。
【００１５】
更に、上記の問題は、電子ビームのクロスオーバーを形成する目的で陰極構体５０に隣り合う電極の電位をゲート電極５２の電位より相対的に低くした場合に顕著となる。なぜなら、このような場合には、電子ビーム自身の電荷に拘わらず、空間の電界は、陰極構体５０に対して電子ビームの進行方向の前方側が負であり、上述のような陰極構体５０への電子の射突が生じやすい電界分布となるからである。
【００１６】
本発明は、上記の問題を解決し、陰極から放出された電子が陰極構体に射突するのを防止して、全ビーム電流域において解像度を向上することができる電界放出型陰極を用いた陰極線管装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の陰極線管装置は、電子ビームを放出する陰極と、放出された前記電子ビームを集束するための複数の電極とを備える。前記陰極は、複数の電子放出電極と、前記複数の電子放出電極をそれぞれ取り囲む複数の開口が形成されたゲート電極とからなる電界放出型陰極である。そして、前記陰極線管装置は、ビーム電流にかかわらず前記電子ビームが前記陰極へ射突するのを防止する手段を更に有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ビーム電流の増大時に生じる電子のエミッタヘの射突を防止することができる。これにより、従来、大ビーム電流時に生じていたエミッタヘの電子の射突によるエミッタ破壊を防止でき、全ビーム電流域で好適なビームスポット特性を得ることができる。その結果、解像度が向上した陰極線管を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を具体的な実施例を示しながら説明する。
【００２０】
（実施の形態１）
図２に示すように、本発明の実施の形態１に係る陰極線管は、パネル４１及びファンネル４２が接合されてなるガラス外囲器４３と、パネル４１の内面に形成された蛍光面４４と、ファンネル４２のネック部４２ａに内蔵された電子銃４５とを備える。本発明の実施の形態１に係る陰極線管装置は、上記の陰極線管と、ファンネル４２の外周面に搭載された偏向装置４６と、駆動回路装置５０と、高圧電源装置６０とを備える。
【００２１】
駆動回路装置５０は、ネック部４２ａの端部に設けられた導電端子を介して電子銃４５の各部に所定の電位を供給する。高圧電源装置６０は、ファンネル４２に設けられた導電端子４２ｂを介してガラス外囲器４３内に高電位を供給する。
【００２２】
電子銃４５から放出された電子ビーム４７は偏向装置４６により水平方向及び垂直方向に偏向され、蛍光面４４を走査し、励起発光させて、所望の画像表示を行う。
【００２３】
図１は本発明の実施の形態１に係る電界放出型陰極を備えた電子銃４５の、１つの電子ビーム通過孔の中心軸に沿った断面図である。電子銃４５は、陰極構体１、第一電極２、第二電極３、第三電極４、集束電極５、最終加速電極６をこの順に備える。
【００２４】
一実施例では、第一電極２は板厚０．２ｍｍで、直径０．５ｍｍの電子ビーム通過孔２ａが形成されており、第二電極３は板厚０．３ｍｍで、直径０．５ｍｍの電子ビーム通過孔３ａが形成されており、第三電極４は板厚０．８ｍｍで、直径０．８５ｍｍの電子ビーム通過孔４ａが形成されている。陰極構体１のエミッタ８と第一電極２との距離は０．１ｍｍ、第一電極２と第二電極３との距離は０．２５ｍｍ、第二電極３と第三電極４との距離は０．８ｍｍである。
【００２５】
集束電極５および最終加速電極６は実効的に約１０ｍｍの口径を有する立体構造の電極である。集束電極５と最終加速電極６との間の間隙の中心と陰極構体１との距離は３５ｍｍである。すべての電極はステンレス鋼材を成形したものである。
【００２６】
最終加速電極６には３０ｋＶ、集束電極５および第三電極４には７．５ｋＶ、第二電極３には１ｋＶの一定の直流電圧が後述する電極電源回路５３よりそれぞれ印加される。
【００２７】
本実施例では、上記のような電極構成、材質、形状、電圧としたが、本発明は上記に限定されず、陰極線管の大きさ、用途、要求性能によって適宜変更することができる。
【００２８】
陰極構体１は、図１示すように、絶縁基板９、複数の電圧供給リード１０、電圧供給端子１１、エミッタ８を有する。
【００２９】
図３に示すように、エミッタ８は、基板１５上に、先端が先鋭化された複数の円錐形状のカソード電極（電子放出電極）１６、カソード電極１６とその付近を除いて前記基板１５上に形成された絶縁層１７、絶縁層１７上に形成され、各カソード電極１６をそれぞれ取り囲む複数の開口１８ａを持つゲート電極１８を備える。また、絶縁層１７の表面には一対のボンディング端子１９が形成されている。一方のボンディング端子１９は基板１５を介してカソード電極１６に電位を供給し、他方のボンディング端子１９は絶縁層１７上に形成されたリードパターン２０を介してゲート電極１８に電位を供給する。これらボンディング端子１９は、電圧供給リード１０を介して陰極構体１に設けられた電圧供給端子１１と接続されている。
【００３０】
一実施例では、エミッタ８は、縦・横寸法がいずれも３ｍｍ、厚みは０．４５ｍｍ、カソード電極１６とこれを取り囲むゲート電極１８の開口１８ａとからなる複数の対が配置された領域であるエミッタ領域は直径０．０１ｍｍの円形状である。ボンディング端子１９はエミッタ８の端縁から約０．１ｍｍ離れた位置に一辺０．２ｍｍの略正方形状に形成されている。カソード電極１６の円錐形状の先端の半径は約１０ｎｍに先鋭化され、各カソード電極１６を取り囲むゲート電極１８の開口１８ａの直径は０．９μｍである。１つのカソード電極１６とゲート電極１８の１つの開口１８ａとからなる対は２μｍ間隔で直径０．０１ｍｍのエミッタ領域全域に分散配置されている。
【００３１】
基板１５およびカソード電極１６はシリコン（Ｓｉ）、絶縁層１７はＳｉＯ2、ゲート電極１８およびリードパターン２０はニオブ（Ｎｂ）、ボンディング端子１９はアルミニウム（Ａｌ）からなる。ボンディング端子１９と陰極構体１上に配置された電圧供給端子１１とを接続する電圧供給リード１０は線径２０μｍのアルミニウム線からなる。
【００３２】
図４に示すように、映像信号に含まれる輝度信号は、駆動回路装置５０内のゲート電極電圧制御回路５１および電極電圧切替え回路５２に入力される。図４では、ひとつの輝度信号についてのみ図示しているが、カラー陰極線管の場合、赤、青、緑の各輝度信号に対応して３系統の駆動回路装置５０が設けられる。
【００３３】
エミッタ８のゲート電極１８には、ゲート電極電圧制御回路５１より、輝度信号に対応したビーム電流に応じた電圧（ここでは約８０〜１５Ｖ）が、導線、陰極構体１の電圧供給端子１１、電圧供給リード１０、ボンディング端子１９を介して供給される。また、カソード電極１６には、導線、陰極構体１の電圧供給端子１１、電圧供給リード１０、ボンディング端子１９を介して０Ｖ（グランド電位）の一定電圧が印加される。
【００３４】
一方、第一電極２には、電極電圧切替え回路５２より、輝度信号に応じて、小ビーム電流時には０Ｖが、大ビーム電流時には５５Ｖが供給される。電極電圧切替え回路５２が電圧を切替えるビーム電流の閾値は２．５ｍＡである。
【００３５】
本実施例では、エミッタ８は上記のような構成、材質、形状、電圧としたが、本発明は上記に限定されず、陰極線管の大きさ、用途、要求性能によって適宜変更することができる。
【００３６】
以下、本実施の形態における作用を説明する。
【００３７】
カソード電極１６から放出されるビーム電流は、カソード電極１６とゲート電極１８との電位差に依存し、この電位差が大きいほどビーム電流が大きくなる。電子ビームがカソード電極１６から実質上放出されない状態（ビーム電流がゼロの状態）をカットオフ状態と呼び、上記の実施例では、ゲート電極１６の電圧が１５Ｖのときカットオフ状態となる。すなわち、ゲート電極電圧制御回路５１は、ゲート電極１８に印加する電圧を、ビーム電流がゼロであるカットオフ状態に対応した１５Ｖから、輝度がピークとなるビーム電流（ここでは５ｍＡ）に対応した電圧までの間で制御する。
【００３８】
図５及び図６に、電子ビームの挙動と管軸上の電位分布とを示す。
【００３９】
図５は、ビーム電流が相対的に小さいとき（ここではビーム電流が１ｍＡのとき）の電子ビームの挙動を示す断面図である。このとき、カソード電極１６には０Ｖ、ゲート電極１８には電圧Ｖａがそれぞれ印加されている。この状態は低い輝度信号に対応するから、電極電圧切替え回路５２により第一電極２には０Ｖが印加されている。
【００４０】
エミッタ領域から放出された電子ビーム束２１は、第一電極２の電子ビーム通過孔２ａ、第二電極３の電子ビーム通過孔３ａ、第三電極４の電子ビーム通過孔４ａを順に通過する。この際、電子ビーム束２１は、第一電極２の近傍でボトルネック形状の最細点（クロスオーバー点）２２を形成する。クロスオーバー点２２を通過した電子ビームは、第二電極３と第三電極４との間に形成される予備集束レンズ電界によって予備集束され、集束電極５と最終加速電極６とによって形成される主レンズ電界に導かれる。主レンズ電界によって電子ビームは、集束ビームとなって蛍光面４４へ射突し、ビームスポットを形成する（図５では集束電極５以降は図示せず）。
【００４１】
このときの管軸上の電位分布は、図５の下図の実線で示したように、エミッタ８から第一電極２の近傍までは減少し（電子ビームの進行方向に対して負の電界）、その後、増加する（電子ビームの進行方向に対して正の電界）。この電位分布の作用により、電子ビーム束２１にクロスオーバー点２２が形成され、所望のスポット性能を得ることができる。
【００４２】
図５の破線は、カソード電極１６にゲート電極１８と同じ電圧Ｖａを印加する（即ち、ビーム電流がゼロ）以外は、各電極に実線の場合と同じ電圧を印加した場合での軸上電位分布を示す。実線と破線との差は、電子ビーム束２１自身の電荷による空間電位の変化に起因する。電子ビーム束２１が存在する場合（実線）は、存在しない場合（破線）に比べて、第一電極２近傍の電位がわずかに低下している。
【００４３】
図６は、ビーム電流が相対的に大きいとき（ここではビーム電流が４ｍＡのとき）の電子ビームの挙動を示す断面図である。このとき、カソード電極１６には０Ｖ、ゲート電極１８には電圧Ｖｂがそれぞれ印加されている。この状態は高い輝度信号に対応するから、電極電圧切替え回路５２により第一電極２には５５Ｖが印加されている。
【００４４】
エミッタ領域から放出された電子ビーム束２１は第一電極２近傍でクロスオーバー点２２を形成した後、予備集束レンズ電界及び主レンズ電界によるレンズ作用を受け、蛍光面にスポットを形成する。以上は図５に示した小ビーム電流時の場合と同様である。
【００４５】
このときの管軸上の電位分布は、図６の下図の実線で示したように、エミッタ８から第一電極２の近傍までは減少し（電子ビームの進行方向に対して負の電界）、その後、増加する（電子ビームの進行方向に対して正の電界）。この電位分布の作用により、電子ビーム束２１にクロスオーバー点２２が形成され、所望のスポット性能を得ることができる。
【００４６】
図６の破線は、第一電極２に印加する電圧を０Ｖとし、カソード電極１６にゲート電極１８と同じ電圧Ｖｂを印加する（即ち、ビーム電流がゼロ）以外は、各電極に実線の場合と同じ電圧を印加した場合の軸上電位分布を示す。
【００４７】
図６の一点鎖線は、第一電極２に印加する電圧を０Ｖとする以外は、各電極に実線の場合と同じ電圧を印加した場合の軸上電位分布を示す。一点鎖線と破線との差は、電子ビーム束２１自身の電荷による空間電位の変化に起因する。電子ビーム束２１が存在する場合（一点鎖線）は、存在しない場合（破線）に比べて、第一電極２近傍の電位が著しく低下している。これにより、エミッタ８に対して第一電極２近傍は強い負電界（電子ビームの進行方向に対して負の電界）となり、高い電界障壁が生じてしまう。
【００４８】
エミッタ８から射出された電子ビームは、カソード電極１６とゲート電極１８との間の電位差に相当する速度エネルギーを有する。エミッタ８の前方に強い負電界が形成された場合、射出された電子ビームのうち管軸方向の速度エネルギー成分が小さいもの、換言すれば、電子の進行方向と管軸とがなす角度が大きいものは、この強い負電界を越えて蛍光面に向かって進行することができず、エミッタ８側に戻ってしまう。エミッタ８側に戻った電子ビーム２３は、相対的に電位の高いゲート電極１８に射突する。
【００４９】
本実施の形態では、大ビーム電流時、すなわち、輝度信号が大きい場合（たとえばここで示した４ｍＡの場合）、電極電圧切替え回路５２により、大ビーム電流時に対応した電圧５５Ｖが第一電極２に印加される。第一電極２に正電圧を印加することにより、大ビーム電流時の軸上電位分布が、一点鎖線から実線に変化する。これにより、エミッタ８の前方の負電界強度は、電子ビームがない状態（破線）とほぼ同等となり、電界障壁が低くなり、電子ビームの通過が容易になる。この結果、大ビーム電流時において電子ビームの一部が戻ってエミッタ８に射突することを抑制することができる。
【００５０】
以上のように、エミッタ８に隣り合う第一電極２に、ビーム電流の増大に伴い増大する電圧を印加することにより、電子ビーム束２１自身の電荷によって強められたエミッタ８の前方の負電界強度を弱めることができ、その結果、ビーム電流の増大時に生じる電子ビームのエミッタ８ヘの射突を防止することができる。
【００５１】
（実施の形態２）
本実施の形態に係る陰極線管は、電子銃４５の第一電極２及び第二電極３に印加する電圧を除いて実施の形態１と同様である。従って、実施の形態１と重複する説明を省略し、相違点を以下に説明する。
【００５２】
図７に示すように、第一電極２には、電極電源回路５３より、ビーム電流にかかわらず一定の直流電圧（ここでは０Ｖ）が供給される。第二電極３には、電極電圧切替え回路５２より、輝度信号に応じて、小ビーム電流時には１０００Ｖが、大ビーム電流時には１２５０Ｖが供給される。電極電圧切替え回路５２が電圧を切替えるビーム電流の閾値は２．５ｍＡである。
【００５３】
以下、本実施の形態における作用を説明する。
【００５４】
図８に、電子ビームの挙動と管軸上の電位分布とを示す。
【００５５】
エミッタ領域から放出された電子ビーム束２１は、第一電極２の電子ビーム通過孔２ａ、第二電極３の電子ビーム通過孔３ａ、第三電極４の電子ビーム通過孔４ａを順に通過する。この際、電子ビーム束２１は、第一電極２の近傍でボトルネック形状の最細点（クロスオーバー点）２２を形成する。クロスオーバー点２２を通過した電子ビームは、第二電極３と第三電極４との間に形成される予備集束レンズ電界によって予備集束され、集束電極５と最終加速電極６とによって形成される主レンズ電界に導かれる。主レンズ電界によって電子ビームは、集束ビームとなって蛍光面４４へ射突し、ビームスポットを形成する（図８では集束電極５以降は図示せず）。
【００５６】
図８の下図は、このときの管軸上の電位分布を示している。
【００５７】
破線は、ビーム電流が相対的に小さいとき（ここではビーム電流が１ｍＡのとき）の軸上電位分布を示す。このとき、カソード電極１６には０Ｖ、ゲート電極１８には電圧Ｖａ、第一電極２には０Ｖがそれぞれ印加されている。この状態は低い輝度信号に対応するから、電極電圧切替え回路５２により第二電極３には１０００Ｖが印加されている。
【００５８】
実線は、ビーム電流が相対的に大きいとき（ここではビーム電流が４ｍＡのとき）の軸上電位分布を示す。このとき、カソード電極１６には０Ｖ、ゲート電極１８には電圧Ｖｂ、第一電極２には０Ｖがそれぞれ印加されている。この状態は高い輝度信号に対応するから、電極電圧切替え回路５２により第二電極３には１２５０Ｖが印加されている。
【００５９】
一点鎖線は、第二電極３に１０００Ｖを印加する以外は、各電極に実線の場合と同じ電圧を印加した場合の軸上電位分布を示す。破線と一点鎖線との比較より、大ビーム電流時（一点鎖線）には、第一電極２近傍の電位が著しく低下している。これにより、エミッタ８に対して第一電極２近傍は強い負電界（電子ビームの進行方向に対して負の電界）となり、高い電界障壁が生じてしまう。従って、エミッタ８から射出された電子ビームのうちの一部２３は、この高い電界障壁を越えることができず、エミッタ８側に戻り、相対的に電位の高いゲート電極１８に射突する。
【００６０】
本実施の形態では、大ビーム電流時、すなわち、輝度信号が大きい場合（たとえばここで示した４ｍＡの場合）、電極電圧切替え回路５２により、電圧１２５０Ｖが第二電極３に印加される。この結果、大ビーム電流時の軸上電位分布が、一点鎖線から実線に変化する。これにより、エミッタ８の前方の負電界強度は、小ビーム電流時（破線）とほぼ同等となり、電界障壁が低くなり、電子ビームの通過が容易になる。この結果、大ビーム電流時において電子ビームの一部が戻ってエミッタ８に射突することを抑制することができる。
【００６１】
エミッタ８の前方の第一電極２近傍の電位は、これに隣り合う第２電極３に印加される電圧にも依存する。即ち、第２電極３に印加される電圧が大きいほどエミッタ８の前方の負電界は弱まり、第２電極３に印加される電圧が小さいほどエミッタ８の前方の負電界は強まる。
【００６２】
本実施の形態では、エミッタ８に隣り合う第一電極２に更に隣り合う第二電極３に、ビーム電流の増大に伴い増大する電圧を印加することにより、電子ビーム束２１自身の電荷によって強められたエミッタ８の前方の負電界強度を弱めることができ、その結果、ビーム電流の増大時に生じる電子ビームのエミッタ８ヘの射突を防止することができる。
【００６３】
実施の形態１，２では、エミッタ８に隣り合う第一電極２、又はこれに更に隣り合う第二電極３に印加する電圧を、ビーム電流に応じて変化させたが、エミッタ８の前方の電界強度を変化させることができる電極であれば第一電極２又は第二電極３に限定されず、例えば第二電極３に極めて接近して、第二電極３に対して第三電極４側に電極を配置し、この電極に印加する電圧を同様に変化させても良く、この場合も上記と同様の効果が得られる。
【００６４】
（実施の形態３）
本実施の形態に係る陰極線管は、電子銃４５のエミッタ８の構成及びエミッタ８の各電極及び第一電極２に印加する電圧を除いて実施の形態１と同様である。従って、実施の形態１と重複する説明を省略し、相違点を以下に説明する。
【００６５】
図９は本実施の形態３にかかるエミッタ８の断面斜視図である。ゲート電極１８の外周を取り囲むように、ゲート電極１８と同一面上に（絶縁層１７上に）、略環状の周辺集束電極２７が設けられている。また、絶縁層１７の表面には、この周辺集束電極２７と電気的接続されたリードパターン２８及びボンディング端子２９が設けられている。ボンディング端子２９は、電圧供給リード１０を介して陰極構体１に設けられた電圧供給端子１１と接続されている。
【００６６】
図１０に示すように、ビーム電流にかかわらず、第一電極２には一定の直流電圧（ここでは０Ｖ）が、第二電極３には１ｋＶの一定の直流電圧が、電極電源回路５３よりそれぞれ印加される。一方、エミッタ８の周辺集束電極２７には、電極電圧切替え回路５２より、輝度信号に応じて、小ビーム電流時には０Ｖが、大ビーム電流時には２５Ｖが供給される。電極電圧切替え回路５２が電圧を切替えるビーム電流の閾値は２．３ｍＡである。
【００６７】
以下、本実施の形態における作用を説明する。
【００６８】
図１１に、電子ビームの挙動と管軸上の電位分布とを示す。
【００６９】
エミッタ領域から放出された電子ビーム束２１は、第一電極２の電子ビーム通過孔２ａ、第二電極３の電子ビーム通過孔３ａ、第三電極４の電子ビーム通過孔４ａを順に通過する。この際、電子ビーム束２１は、第一電極２の近傍でボトルネック形状の最細点（クロスオーバー点）２２を形成する。クロスオーバー点２２を通過した電子ビームは、第二電極３と第三電極４との間に形成される予備集束レンズ電界によって予備集束され、集束電極５と最終加速電極６とによって形成される主レンズ電界に導かれる。主レンズ電界によって電子ビームは、集束ビームとなって蛍光面４４へ射突し、ビームスポットを形成する（図１１では集束電極５以降は図示せず）。
【００７０】
図１１の下図は、このときの管軸上の電位分布を示している。
【００７１】
破線は、ビーム電流が相対的に小さいとき（ここではビーム電流が１ｍＡのとき）の軸上電位分布を示す。このとき、カソード電極１６には０Ｖ、ゲート電極１８には電圧Ｖａがそれぞれ印加されている。この状態は低い輝度信号に対応するから、電極電圧切替え回路５２により周辺集束電極２７には０Ｖが印加されている。
【００７２】
実線は、ビーム電流が相対的に大きいとき（ここではビーム電流が４ｍＡのとき）の軸上電位分布を示す。このとき、カソード電極１６には０Ｖ、ゲート電極１８には電圧Ｖｂがそれぞれ印加されている。この状態は高い輝度信号に対応するから、電極電圧切替え回路５２により周辺集束電極２７には２５Ｖが印加されている。
【００７３】
一点鎖線は、周辺集束電極２７に０Ｖを印加する以外は、各電極に実線の場合と同じ電圧を印加した場合の軸上電位分布を示す。破線と一点鎖線との比較より、大ビーム電流時（一点鎖線）には、第一電極２近傍の電位が著しく低下している。これにより、エミッタ８に対して第一電極２近傍は強い負電界（電子ビームの進行方向に対して負の電界）となり、高い電界障壁が生じてしまう。従って、エミッタ８から射出された電子ビームのうちの一部２３は、この高い電界障壁を越えることができず、エミッタ８側に戻り、相対的に電位の高いゲート電極１８に射突する。
【００７４】
本実施の形態では、大ビーム電流時、すなわち、輝度信号が大きい場合（たとえばここで示した４ｍＡの場合）、電極電圧切替え回路５２により、電圧２５Ｖが周辺集束電極２７に印加される。この結果、大ビーム電流時の軸上電位分布が、一点鎖線から実線に変化する。これにより、エミッタ８の前方の負電界強度は、小ビーム電流時（破線）とほぼ同等となり、電界障壁が低くなり、電子ビームの通過が容易になる。この結果、大ビーム電流時において電子ビームの一部が戻ってエミッタ８に射突することを抑制することができる。
【００７５】
エミッタ８の前方の第一電極２近傍の電位は、周辺集束電極２７に印加される電圧にも依存する。即ち、周辺集束電極２７に印加される電圧が大きいほどエミッタ８の前方の負電界は弱まり、周辺集束電極２７に印加される電圧が小さいほどエミッタ８の前方の負電界は強まる。
【００７６】
本実施の形態では、エミッタ８に設けられた周辺集束電極２７に、ビーム電流の増大に伴い増大する電圧を印加することにより、電子ビーム束２１自身の電荷によって強められたエミッタ８の前方の負電界強度を弱めることができ、その結果、ビーム電流の増大時に生じる電子ビームのエミッタ８ヘの射突を防止することができる。
【００７７】
実施の形態１，２，３では、第一電極２、第二電極３、又は周辺集束電極２７に印加する電圧をビーム電流に応じて２段階に切り替えたが、３段階以上の多段階で切り替えても良く、又は、ビーム電流に応じて連続的に変化させても良い。
【００７８】
（実施の形態４）
本実施の形態４に係る陰極線管装置の概略構成は、実施の形態１で説明した図２と同じである。
【００７９】
図１２は本発明の実施の形態４に係る電界放出型陰極を備えた電子銃４５の、１つの電子ビーム通過孔の中心軸に沿った断面図である。電子銃４５は、陰極構体１、第一電極２、第二電極３、第三電極４、集束電極５、最終加速電極６をこの順に備え、更に、陰極構体１と第一電極２との間にはトラップ電極７を備える。
【００８０】
一実施例では、第一電極２は板厚０．１２ｍｍで、直径０．５ｍｍの電子ビーム通過孔２ａが形成されており、第二電極３は板厚０．３ｍｍで、直径０．５ｍｍの電子ビーム通過孔３ａが形成されており、第三電極４は板厚０．８ｍｍで、直径０．８５ｍｍの電子ビーム通過孔４ａが形成されている。陰極構体１のエミッタ８と第一電極２との距離は０．１ｍｍ、第一電極２と第二電極３との距離は０．２５ｍｍ、第二電極３と第三電極４との距離は０．８ｍｍである。
【００８１】
トラップ電極７は板厚０．０３ｍｍで、電子ビーム通過孔７ａの直径はエミッタ８側で０．２ｍｍ、第一電極２側で０．３８ｍｍのテーパー孔である。
【００８２】
集束電極５および最終加速電極６は実効的に約１０ｍｍの口径を有する立体構造の電極である。集束電極５と最終加速電極６との間の間隙の中心と陰極構体１との距離は３５ｍｍである。トラップ電極７を含むすべての電極はステンレス鋼材を成形したものである。
【００８３】
最終加速電極６には３０ｋＶ、集束電極５および第三電極４には７．５ｋＶ、第二電極３には１ｋＶ、第一電極２には０Ｖ（グランド電位）の一定の直流電圧がそれぞれ駆動回路装置５０より印加される。また、トラップ電極７には、第一電極２よりわずかに高い電圧が駆動回路装置５０より印加される（実施例では３Ｖとする）。
【００８４】
本実施例では、上記のような電極構成、材質、形状、電圧としたが、本発明は上記に限定されず、陰極線管の大きさ、用途、要求性能によって適宜変更することができる。
【００８５】
陰極構体１は、図１２に示すように、絶縁基板９、複数の電圧供給リード１０、電圧供給端子１１、エミッタ８を有する。
【００８６】
エミッタ８の概略構成は、実施の形態１で説明した図３と同じである。
【００８７】
エミッタ８のゲート電極１８には一定の電圧（実施例では９５Ｖ）が印加され、カソード電極１６には輝度信号に応じた電圧（実施例では０〜７５Ｖ）が印加される。カソード電極１６の電位が０Ｖのとき、カソード電極１６とゲート電極１８との間の電位差は９５Ｖとなり、最大のビーム電流（ひとつのエミッタ８当り５ｍＡ）が得られる。また、カソード電極１６の電位が７５Ｖのとき、カソード電極１６とゲート電極１８との間の電位差は２０Ｖとなり、エミッタ８から実用上電子ビームが放出されない状態、即ち、いわゆるカットオフ状態となる。
【００８８】
本実施例では、エミッタ８は上記のような構成、材質、形状、電圧としたが、本発明は上記に限定されず、陰極線管の大きさ、用途、要求性能によって適宜変更することができる。
【００８９】
以下、本実施の形態における作用を説明する。
【００９０】
図１３は、ビーム電流が相対的に小さいとき（ここではビーム電流が１ｍＡのとき）の電子ビームの挙動を示す断面図である。エミッタ領域から放出された電子ビーム束２１は、トラップ電極７の電子ビーム通過孔７ａ、第一電極２の電子ビーム通過孔２ａ、第二電極３の電子ビーム通過孔３ａ、第三電極４の電子ビーム通過孔４ａを順に通過する。この際、電子ビーム束２１は、第一電極２の近傍でボトルネック形状の最細点（クロスオーバー点）２２を形成する。クロスオーバー点２２を通過した電子ビームは、第二電極３と第三電極４との間に形成される予備集束レンズ電界によって予備集束され、集束電極５と最終加速電極６とによって形成される主レンズ電界に導かれる。主レンズ電界によって電子ビームは、集束ビームとなって蛍光面４４へ射突し、ビームスポットを形成する（図１３では集束電極５以降は図示せず）。
【００９１】
ここで、電子銃を構成する電極群、とくに第一電極２および第二電極３の形状は、エミッタ８の形状およびこれから取出される電子ビームの挙動を鑑みて、好適なビームスポット特性が得られるように決定されている。具体的には、より小さく好適なビームスポット特性を得るためには、結像関係においてビームスポットに対して物点に相当するクロスオーバー点２２の大きさを小さくし、かつ、クロスオーバー点２２からの電子ビーム束２１の発散角を小さくすることが有効である。
【００９２】
本実施例の電界放出型陰極では、エミッタ８から放出される電子ビームは、カソード電極１６とゲート電極１８との間の電位差に相当する速度エネルギー（数十Ｖ）を持ち、半角で約３０°の広がり角でエミッタ８より出射される。数十Ｖの速度エネルギーを持ち、約３０°の広がり角で出射した電子ビーム束２１は、エミッタ８の前面近傍で大きく広がる挙動を示す。先述のクロスオーバー点２２を充分小さくするためには、エミッタ８の前面近傍で大きく広がった電子ビーム束２１を凸レンズ作用の電界レンズで集束する必要がある。そのために、第一電極２にゲート電極１８よりも低い電圧が印加され、且つこの第一電極２の電子ビーム通過孔２ａの開孔径は、電子ビーム束２１と干渉しない程度で充分に小さいことが望ましい。このような第一電極２により、エミッタ８の前面近傍に強い凸レンズ作用を有する電界レンズを形成することが可能となる。
【００９３】
一方、トラップ電極７は、この第一電極２の電界レンズ作用に影響しないように、その形状が決定される。すなわち、トラップ電極７の電子ビーム通過孔７ａの直径ＤT（実施例ではＤT＝０．２ｍｍ）は、エミッタ領域の外径ＤE（実施例ではＤE＝０．０１ｍｍ）より大きく、且つ第一電極２の電子ビーム通過孔２ａの孔径Ｄ1（実施例ではＤ1＝０．５ｍｍ）より小さいことが好ましい。更に、トラップ電極７に印加される電圧ＶTは第一電極２に印加される電圧Ｖ1よりわずかに高いことが好ましい（実施例では、ＶT＝３Ｖ、Ｖ1＝０Ｖ）。
【００９４】
このような構成において、ビーム電流が大きい場合（ここでは最大の５ｍＡ）、図１４に示すように、エミッタ８から放出された電子ビーム束２１は第一電極２近傍でクロスオーバー点２２を形成した後、予備集束レンズ電界及び主レンズ電界によるレンズ作用を受け、蛍光面にスポットを形成する。以上は図１３に示した小ビーム電流時の場合と同様である。しかしながら、大ビーム電流時には、エミッタ８から放出された電子ビームのうちの一部２３が第一電極２のビーム通過孔２ａを通過せず、エミッタ８側へ戻る現象が生じる。
【００９５】
これは、大ビーム電流で、かつ、１点に電子ビーム束２１が集中するクロスオーバー点２２近傍において、電子ビームの電子自身の負電荷により空間の電位が低下し、電子ビームの進行方向に対して強い負の電界が生じるため、管軸方向の速度エネルギーの小さい電子ビームがこの負電界によって減速され、蛍光面に向かう方向の速度を失ったのち、ゲート電極１８の高電位に引きつけられ、見掛け上、エミッタ８側へ戻るために生じる。
【００９６】
図１６に示した従来の電子銃では、エミッタ側へ戻った電子ビームは、高電位であるゲート電極５２の表面に突入し、陰極構体５０の破壊を引起していた。ところが、本発明では、エミッタ８側へ戻った電子ビームは、ゲート電極１８に突入する前にトラップ電極７に吸収される。これは、トラップ電極７が第一電極２よりわずかに高電位に設定されていること、及び、トラップ電極７の電子ビーム通過孔７ａの直径ＤTが、エミッタ領域の外径ＤEより大きく、且つ第一電極２の電子ビーム通過孔２ａの直径Ｄ1より小さいことにより実現される。
【００９７】
従って、本実施の形態によれば、電子ビーム電流の大小にかかわらず、全ビーム電流域において、エミッタから放出された電子ビームが陰極構体１に射突するのを防止することができる。
【００９８】
なお、上記の実施例ではトラップ電極７の電子ビーム通過孔７ａの周縁形状を円形としたが、本発明はこれに限定されず、楕円形、長円形、各種多角形などいずれであってもよい。また、例えば、図１５に示すように、トラップ電極７が、同一平面上に配された複数の電極で構成され、その結果、電子ビーム通過孔７ａの周縁が不連続であってもよい。この場合には、電子ビーム通過孔７ａの直径ＤTは、図示したように、管軸と平行な方向から見たときの、エミッタ領域の中心を通る最小径で定義される。トラップ電極７の電子ビーム通過孔７ａがこのような各種形状をとる場合であっても、上記と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の利用分野は特に限定されず、例えばテレビジョンまたはコンピュータディスプレイ等のカラーブラウン管に広範囲に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電子銃の概略構成を示した断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る陰極線管装置の概略断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る電子銃のエミッタの概略構成を示した断面図斜視である。
【図４】本発明の実施の形態１において、駆動回路装置による電子銃の各部への電圧印加を示した回路図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、小ビーム電流時の電子ビーム挙動と軸上電位分布とを示した図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、大ビーム電流時の電子ビーム挙動と軸上電位分布とを示した図である。
【図７】本発明の実施の形態２において、駆動回路装置による電子銃の各部への電圧印加を示した回路図である。
【図８】本発明の実施の形態２において、電子ビーム挙動と軸上電位分布とを示した図である。
【図９】本発明の実施の形態３に係る電子銃のエミッタの概略構成を示した断面図斜視である。
【図１０】本発明の実施の形態３において、駆動回路装置による電子銃の各部への電圧印加を示した回路図である。
【図１１】本発明の実施の形態３において、電子ビーム挙動と軸上電位分布とを示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態４に係る電子銃の概略構成を示した断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態４において、小ビーム電流時の電子ビーム挙動を示した断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態４において、大ビーム電流時の電子ビーム挙動を示した断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４において、電子銃を構成するトラップ電極の別の例を示した正面図である。
【図１６】従来の電界放出型陰極を備えた電子銃の一例の概略構成を示した断面図である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  陰極構体
２  第一電極
３  第二電極
４  第三電極
５  集束電極
６  最終加速電極
７  トラップ電極
８  エミッタ
９  絶縁基板
１０  電圧供給リード
１１  電圧供給端子
１５  基板
１６  カソード電極（電子放出電極）
１７  絶縁層
１８  ゲート電極
１８ａ  開口
１９  ボンディング端子
２０  リードパターン
２１  電子ビーム束
２２  クロスオーバー点
２３  エミッタ側に戻る電子ビーム
２７  周辺集束電極
２８  リードパターン
２９  ボンディング端子
４１  パネル
４２  ファンネル
４２ａ  ネック部
４３  外囲器
４４  蛍光面
４５  電子銃
４６  偏向装置
４７  電子ビーム
５０  駆動回路装置
５１  ゲート電極電圧制御回路
５２  電極電圧切替え回路
５３  電極電源回路
６０  高圧電源装置
【図１】
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【図２】
2007122909.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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